屯兰矿地质构造对钻屑瓦斯解吸指标的影响

2020-08-07张军龙李建军鲁博

山东煤炭科技 2020年7期

张军龙李建军鲁博

（1.山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西晋城 048006； 2.国家能源煤与煤层气共采技术重点实验室，山西晋城 0482043； 3.中北大学理学院，山西太原 030051）

煤与瓦斯突出事故是影响煤矿安全生产的主要因素之一。随着矿井向深部开采，井下地应力、瓦斯压力及瓦斯含量增加，之前没有出现过瓦斯突出危险性的矿井也已变成突出矿井。突出多发生在地质构造附近，因此地质构造成为防突的基础和重点。屯兰矿属于煤与瓦斯突出矿井，地质构造属于简单～中等，在生产过程中遭遇各类地质构造（图1），采取了多种安全措施，积累了一些经验。本文在前期工作的基础上，通过对比屯兰矿不同地质构造条件下的钻屑瓦斯解吸指标，总结出两者之间的关系，并利用它们的相关性指导矿井掘进防突工作，取得了较好的效果。

图1 屯兰矿地质构造及工作面位置示意图

1 钻屑瓦斯解吸指标

钻屑解吸指标是按照特定粒径的煤样的瓦斯解吸规律判断突出危险性发生可能性的一种预测指标，其中K1、△h2是我国突出矿井中最常使用的两个工作面突出预测指标[1]。

钻屑瓦斯解吸指标值K1是表征煤的瓦斯解吸速度快慢的特性系数，反映了煤层瓦斯含量及卸压初期瓦斯解吸速度的大小。K1值越大表明瓦斯解吸速度越大，煤层中积聚的瓦斯就越多，煤层突出危险性就越大。因该值测定操作简单易行而得到了广泛的应用[2]。

2 地质构造与指标K1 值关系

选择构造相对简单和中等的典型工作面为例，对简单和中等的地质构造条件下的钻屑瓦斯解吸指标进行分析，讨论两者的关系，从而应用到未来施工的工作面。

（1）简单构造区

A 工作面走向长2590m，倾斜长220m，工作面内1、2、3 号煤合并，煤岩总厚度4.16～5.14m，平均厚度为4.65m，底板标高770～842m。煤层整体呈向斜构造，核部距巷口约1200m，轴向NW312°，东翼煤层倾角较大整体呈5°，西翼煤层倾角较小整体呈2°。有两个小型正断层，走向NE。

皮带顺槽巷K1值主要分布在0.12～0.17 之间，最大值0.25，距巷口353m，毗邻断层F1。最小值0.07和次小值0.08，距巷口900m 和1410m，可能与煤层产状变陡有关。向斜核部为0.14，相对较低。

轨道顺槽巷K1值主要分布在0.13～0.20 之间，最大值0.25，距巷口1605m，毗邻断层F2。最小值0.08，距巷口1870m 左右，可能与陷落柱有关。向斜核部为0.09，为次小值。断层F1 附近K1值0.21，也有增大现象。

当巷道开始掘进时，瓦斯含量达到4.8m3/t，相应的钻屑瓦斯解吸指标K1达0.13。随着掘进在向斜核部前、中，通过核部后，瓦斯含量逐步下降至4.5m3/t ，然后逐渐增加，可达6.2m3/t，与K1值的变化基本吻合。说明向斜核部裂隙封闭，瓦斯和K1值降低。

（2）复杂构造区

B 工作面走向长1070 m（图2），倾斜长260m，2、3 号煤岩总厚度为4.35～5.00m，平均厚为4.70m，底板标高770～842m。煤层整体呈向斜构造，核部距巷口约450～500m，轴向NE。巷道掘进时揭露有近20 个小型断层，走向NE40°～53°，断距主要集中在1.5m，最大断距达11m。

皮带顺槽巷K1值主要分布在0.13～0.17 之间，有两个最大值0.20，距巷口433m和550m，毗邻断层。最小值为0.10，距巷口810m 左右，位于向斜核部。

轨道顺槽巷K1值主要分布在0.13 ～0.18 之间，最大值0.26 和次大值0.25，距巷口172m 和420m，均毗邻断层。最小值0.08，距巷口660m 左右，靠近向斜核部。两条巷道断层附近K1值均有明显增大现象。

当巷道开始掘进时，瓦斯含量达到7.1m3/t，相应的钻屑瓦斯解吸指标K1达0.17，随着掘进在断层前、中，通过断层后，瓦斯含量逐步下降至5.9m3/t 然后逐渐增加，可达6.3～7.5m3/t，与K1值的变化基本吻合。说明断层附近裂隙增多、瓦斯和K1值增大。断层宽度和K1增大值正相关。

3 应用

C 工作面位于B 工作面西侧（图2），B 工作面构造以宽缓向斜的背景下叠加了多条NW 向断层为主，这种构造向西延伸到达C 工作面，所以C 工作面具有相似的地质构造，B 工作面的生产为C 工作面生产提供了有利的经验。在C 工作面掘进过程中，当K1＞0.2 时说明靠近断层，此时应加强防突和加强支护等工作，做好安全措施。